A solvata¸c˜ao altera significativamente os perfis de energia de rea¸c˜oes qu´ımicas[79, §5.5]
[49, cap. 8]. Por exemplo, a rea¸c˜ao de Cl−+ CH
3Cl tem sua barreira de ativa¸c˜ao aumentada
em cerca de 24 kcal/mol quando transferida da fase gasosa para a solu¸c˜ao aquosa[49, p. 196]. A observa¸c˜ao de rea¸c˜oes em fase gasosa permite que a reatividade intr´ınseca seja estu- dada independentemente da influˆencia da solvata¸c˜ao na energia relativa das esp´ecies e de mol´eculas de solvente que podem realizar alguma cat´alise (por exemplo, pela transferˆencia de H+).
As rea¸c˜oes de nucle´ofilos com di e mono´esteres de fosfato n˜ao foram estudadas em fase gasosa, ao conhecimento do autor. A rea¸c˜ao entre duas esp´ecies carregadas negativa- mente, como, por exemplo, o ataque de um nucle´ofilo aniˆonico sobre um di ou mono´ester
ionizado, ´e energeticamente proibida na fase gasosa. Os di e mono´esteres neutros s˜ao protonados e tˆem elevada acidez[40, 80], portanto, a principal rea¸c˜ao destas esp´ecies com ˆanions nucleof´ılicos seria a transferˆencia de H+.
A reatividade de tri´esteres de fosfato em fase gasosa recebeu mais aten¸c˜ao[40, 41, 81]. Dois estudos[41, 81] foram conduzidos a baixas press˜oes e fora do equil´ıbrio t´ermico, pela t´ecnica de ressonˆancia ciclotrˆonica de ´ıons. Outro estudo[40] empregou a t´ecnica “flowing afterglow”, em que os experimentos s˜ao conduzidos em um fluxo de g´as h´elio e, logo, s˜ao termicamente equilibrados (em 298± 3 K). Parte das diferen¸cas dos resultados observados pode ser atribu´ıda a estas diferen¸cas metodol´ogicas.
Asubiojo, Brauman e Levin[81] compararam o ataque de OH− em TMP e metil etile-
nofosfato (um tri´ester c´ıclico). Em contraste com a reatividade em solu¸c˜ao, a abertura do anel c´ıclico n˜ao foi observada e concluiu-se que existe uma barreira para ambas rea¸c˜oes, j´a que as constantes de velocidade medidas s˜ao inferiores `as taxas de colis˜ao calculadas para os reagentes. Asubiojo, Brauman e Levin acompanharam o aparecimento de CH3O−
e, portanto, n˜ao puderam distinguir qual o s´ıtio de ataque nucleof´ılico, pois o ataque de OH− sobre carbono ou f´osforo do TMP gera os mesmos produtos.
Os estudos de Hodges, Sullivan e Beauchamp[41] e Lum e Grabowski[40] testaram a reatividade de diversos nucle´ofilos (mais de 15 diferentes esp´ecies, centradas em ´atomos de C, N, O, F, S e Cl) frente a TMP em fase gasosa. Todos nucle´ofilos estudados realizam substitui¸c˜ao nucleof´ılica predominantemente no carbono do TMP. Este resultado est´a em contraste com as observa¸c˜oes em solu¸c˜ao, em que nucle´ofilos como F− e OH− atacam
o ´atomo de f´osforo do TMP[38], e demonstra que o microambiente tamb´em modula a regiosseletividade de uma rea¸c˜ao (esta modula¸c˜ao pode ser racionalizada por altera¸c˜oes da dureza molecular e local dos reagentes[82][46, §5.3]). Abstra¸c˜ao de H+seguida por elimina¸c˜ao
de formaldeido tamb´em ´e observada para alguns nucle´ofilos (NH−2, OH− e C6H−5)[40, 41].
Hodges, Sullivan e Beauchamp observaram o aparecimento de CH3O− na rea¸c˜ao de NH−2
e OH− com TMP e atribu´ıram este resultado ao ataque sobre o ´atomo de f´osforo. Esta
interpreta¸c˜ao foi criticada por Lum e Grabowski, que defenderam que a observa¸c˜ao de CH3O− n˜ao pode ser usada para provar o ataque nucleof´ılico no f´osforo, pois o ataque
de OH− no carbono ou no f´osforo gera os mesmos produtos e CH
3O− tamb´em pode ser
formado por contamina¸c˜ao ou por pir´olise dos reagentes.
Ataque nucleof´ılico sobre o f´osforo ´e observado apenas para nucle´ofilos como alco- ´oxidos, CD3O− (met´oxido-d3) e CH3CH2O−, pelo aparecimento dos tri´esteres (transes-
observada)[40]. O ataque sobre f´osforo parece depender da basicidade do nucle´ofilo, j´a que nenhuma rea¸c˜ao no f´osforo foi detectada para t-butan´oxido. Em desacordo com estes resultados, Hodges, Sullivan e Beauchamp observaram 100% de seletividade por carbono para rea¸c˜ao de CD3O−com TMP. Esta diferen¸ca pode ser atribu´ıda `as diferentes condi¸c˜oes
experimentais empregadas (vide supra). A rea¸c˜ao de HS− com TMP resulta em ataque
no carbono com 100% de seletividade[40]. Lum e Grabowski sugerem que um mecanismo Dn+An para rea¸c˜ao de TMP ´e muito improv´avel, j´a que a forma¸c˜ao de um “dimetil me-
tafosfato” ´e energeticamente inacess´ıvel na fase gasosa e que a preferˆencia pelo ataque no carbono deve-se, em parte, ao melhor grupo de sa´ıda, dimetil fosfato, formado nesta rea¸c˜ao.
Nenhum dos estudos de TMP em fase gasosa obteve valores de constantes de veloci- dade ou de equil´ıbrio para o ataque sobre f´osforo. A ´unica exce¸c˜ao ´e a rea¸c˜ao de CD3O−
com TMP que resulta em 98.5% de seletividade sobre carbono e 1.5% sobre f´osforo. Toda- via, energias de rea¸c˜ao ou barreiras de ativa¸c˜ao n˜ao foram descritas. Apenas uma rela¸c˜ao de 43:1 entre as constantes de velocidade para o ataque de CD3O− sobre carbono e sobre
f´osforo do TMP ´e reportada[40]. Pela teoria de estado de transi¸c˜ao, esta rela¸c˜ao equivale a uma diferen¸ca de 2.2 kcal/mol entre as duas barreiras de ativa¸c˜ao.
Estudos computacionais podem auxiliar na compreens˜ao de processos n˜ao observados experimentalmente. Os mecanismos de alco´olise e ti´olise de ´esteres de fosfato na fase gasosa ser˜ao descritos no cap´ıtulo 2 por c´alculos de estrutura eletrˆonica de rea¸c˜oes modelo de tri (figura 7) e mono´esteres de fosfato (figura 8).
Estas rea¸c˜oes ser˜ao usadas para o estudo da reatividade intr´ınseca de ´esteres de fosfato (cap. 2) e para a calibra¸c˜ao de metodologias aproximadas (cap. 3) utilizadas na simula¸c˜ao de rea¸c˜oes enzim´aticas.